Терахерцовото зрачење, сместено меѓу микробрановите и инфрацрвената светлина, одамна е технолошки предизвик. Тоа може да биде корисно за сликање, сензори, комуникации и научни мерења, но практичните детектори често се недоволно чувствителни, бавни или бараат сложена и скапа опрема за ладење.
Нов фотодетектор развиен од истражувачи поврзани со Универзитетот во Кембриџ и Универзитетот Свонзи покажува можен пат кон поупотреблива терахерцова технологија. Уредот комбинира квантен механизам за детекција со внимателно обликувана метаповршина, односно микроструктурирана површина што ја насочува електромагнетната енергија токму кон активните делови на детекторот.
Основата на уредот е фотоелектричен процес во рамнината на материјалот. Терахерцовите фотони им предаваат енергија на електрони ограничени во дводимензионален електронски гас. Потоа дел од тие електрони преминуваат преку подесен потенцијален чекор, создавајќи мерлива електрична струја. Важна предност е што механизмот не зависи од класичен праг на енергија каков што ограничува многу други фотоелектрични детектори.
Клучната новина е метаповршината со повторувачка шема налик на циглена структура. Таа ја собира влезната терахерцова енергија и ја концентрира во тесни процепи, каде што се поставени активните детекциски елементи. Наместо секој елемент да се потпира на посебна антена, повеќе мали региони работат заедно и нивните сигнали се собираат во посилен електричен одговор.
Во испитувањата, прототипот бил ладен на 10 келвини и изложен на зрачење околу 1,9 терахерци. Детекторот покажал јасен одговор на модулираниот сигнал, со одзивност од 2,7 ампери по ват и надворешна квантна ефикасност од 2,1 проценти. Според трудот објавен во Advanced Photonics, тоа е околу дваесет пати подобро од претходни детектори од истиот тип.
Таквото подобрување главно произлегува од фактот што метаповршината ја фаќа поголемата количина од влезното зрачење и ја насочува таму каде што навистина се создава сигнал. Уредот работи и без изворно-одводен напон, што помага да се намалат темните струи и електричниот шум.
Иако станува збор за демонстрациски уред, архитектурата има практични предности. Таа е рамна, компатибилна со познати полупроводнички постапки и не бара надворешни силициумски леќи или прецизно подредени оптички компоненти. Истражувачите сметаат дека геометријата може да се приспособува за поширок опсег фреквенции, од микробранови до средноинфрацрвена област.
Ако понатамошниот развој овозможи работа на повисоки температури и стабилно производство, ваквите квантни метаповршински детектори би можеле да помогнат во затворањето на терахерцовиот јаз меѓу лабораториската чувствителност и практичните уреди. Потенцијалните примени се движат од медицинска и биомедицинска дијагностика, преку безжични мрежи и астрономија, до контрола на квалитет во индустриско производство.
